K1 Geofysica. Uitwerkingen basisboek. Weer en klimaat vwo. = 0, Pa. = 1, ,77 K1.1 INTRODUCTIE. 1 [W] Voorkennistest

Transcriptie

1 K1 Geofysica Weer en klimaat vwo Uitwerkingen basisboek K1.1 INTRODUCTIE 1 [W] Voorkennistest 2 Waar of niet waar? a Waar b Waar c Niet waar: Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de moleculen en heeft de eenheid graden Celsius ( C). Warmte is een vorm van energie van een bepaald voorwerp of een bepaald volume van een gas, en heeft de eenheid joule (J). d Niet waar: De luchtdruk is evenredig met de dichtheid van het gas als de temperatuur constant is. 3 a De opwaartse kracht is gelijk aan het gewicht van een even groot volume lucht. V ballon = 4 π 3 r3 = 4 π (1,5 3 2 )3 = 1,77 m 3 m lucht = ρ lucht V ballon = 1,3 1,77 = 2,30 kg F opw = F z,lucht = m lucht g = 2,30 9,81 = 22,5 = 23 N. b Het verschil tussen de opwaartse kracht en de massa van de met helium gevulde ballon is de omhoog gerichte trekkracht. m helium = ρ helium V ballon = 0,18 1,77 = 0,319 kg m ballon met helium = m helium + m ballon = 0, ,600 = 0,919 kg F z,ballon met helium = m ballon met helium g = 0,919 9,81 = 9,0 N F omhoog = F opw F z,ballon met helium = 22,5 9,0 = 13,5 N. De berekende omhoog gerichte trekkracht is 0,5 N groter dan de gemeten trekkracht. Dat betekent dat de zwaartekracht op de ballon met helium in werkelijkheid 0,5 N groter is en dat komt doordat de druk van het helium in de ballon iets hoger is dan de buitenluchtdruk. Er zit dus 0,5/9,8= 0,05 kg meer helium in 1,77 m 3, de dichtheid is 0,03 kg/m 3 hoger. Het helium is dus iets samengeperst waardoor de dichtheid 17% hoger is dan de genoemde 0,18 kg/m 3. c Direct na het loslaten is de kracht omhoog nog 13 N, terwijl de zwaartekracht op de sonde F z,sonde = m sonde g = 0,250 9,81 = 2,5 N is. Dus is de nettokracht: F res = 13 2,5 = 10,5 = 11 N. d Doordat de nettokracht niet nul is zal de snelheid van de ballon toenemen. Als de snelheid toeneemt, neemt de luchtweerstand snel toe totdat deze net zo groot is als de omhoog gerichte kracht van de ballon. e Bij het stijgen daalt de druk in de ballon en het volume s tijgt: p 1 V 1 = p 2 V 2 met p 1 = 1, Pa, f V 1 = 1,77 m 3 en V 2 = 4 π 3 r3 = 4 π (6,0 3 2 )3 = 11,3 m 3 p 2 = p 1 V 1 = 1, ,77 = 0, Pa. V 2 11,3 De druk is dus afgenomen tot 1, Pa. Hoger in de lucht is de temperatuur van de lucht lager, dus zal de ballon zijn warmte afstaan aan de koudere lucht eromheen waardoor de temperatuur van de ballon daalt. 4 [W] Zonneboiler 5 [W] Bocht in de rivier ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 1 van 18

2 K1.2 ATMOSFEER 6 [W] Experiment: Atmosferische luchtdruk meten met een tuinslang 7 [W] Experiment: Hoogte meten met een glazen colafles 8 [W] Experiment: Convectie in een theepot 9 [W] Experiment: Dauwpunt bepalen 10 [W] Experiment: Afkoeling door expansie 11 Waar of niet waar? a Niet waar: Zuurstof wordt door planten uitgeademd, ozon ontstaat doordat hoog in de atmosfeer zuurstof door ultraviolette straling in het zonlicht wordt gesplitst. (toevoeging: in de stratosfeer wordt een zuurstofmolecuul (O 2) gesplitst in zuurstofatomen (2 O) en vervolgens vormt een los zuurstofatoom met een zuurstofmolecuul dan een ozonmolecuul (O3). b Niet waar: Verwarmde lucht wordt door de omringende koude lucht opgetild, daarbij duwt de koude lucht de verwarmde lucht weg. c Niet waar: In alle punten van een isobaar is de luchtdruk hetzelfde. d Niet waar: De opgetilde warme lucht zet uit doordat de omgevingsdruk afneemt. Bij dat uitzetten koelt de lucht af. De temperatuur in de atmosfeer neemt dus niet toe, maar af, met de hoogte. e Niet waar: Een druk van 1 bar is evenveel als 1000 hpa. f Waar g Niet waar: Het dauwpunt heeft als eenheid C. h Waar 12 a De grondmist is ontstaan door de afkoeling van de luchtlaag aan het aardoppervlak. Door de afkoeling komt de temperatuur van de lucht onder het dauwpunt en ontstaan er condensatiedruppels, die zichtbaar zijn als mist. b De luchtlaag waarin de mist ontstaat is kouder dan de lucht erboven, dus zal deze luchtlaag niet worden opgetild door de omringende lucht (zoals bij warme lucht wel gebeurt). c De zon verwarmt het aardoppervlak waardoor de lucht aan het aardoppervlak verwarmd wordt en de temperatuur van de luchtlaag met mist weer snel boven het dauwpunt uitkom t en de mist verdampt. 13 a De wolk koelt bij het stijgen af door expansie. Maar zolang de temperatuur van de wolk hoger is dan die van zijn omgeving, blijft de wolk stijgen. Boven de inversie van de tropopauze wordt de omgeving echter warmer en daardoor stopt de wolk met stijgen zodra zijn temperatuur gelijk is geworden aan die van zijn omgeving. b Doordat de temperatuur van de lucht bij het aardoppervlak in de tropen hoger is dan in de poolstreken, neemt in de tropen de dichtheid minder sterk af met de hoogte. En daardoor neemt de luchtdruk in de tropen minder snel af met de hoogte en zal de troposfeer dus dikker zijn. Als de luchtdruk minder snel afneemt met de hoogte, neemt ook de temperatuur in een wolk minder snel af met de hoogte en kunnen de wolken langer worden opgetild. 14 In een lokaal verzamelt de warme lucht zich bovenin en kan niet weg, terwijl de warme lucht in de atmosfeer steeds maar door blijft stijgen. Bij dat stijgen zet de lucht uit en koelt af door de expansie. 15 a Ja ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 2 van 18

3 b De energie wordt omgezet in meer bewegingsenergie van de luchtmoleculen, warmte van de lucht. c De temperatuur van de lucht stijgt tijdens het sam enpersen. d Bij (snelle) expansie neemt de bewegingsenergie van de luchtmoleculen af doordat de luchtmoleculen arbeid verrichten, dus daalt de temperatuur. 16 a Door de ijle lucht op die hoogte is er niet genoeg massa voor de wieken van de helikopter om zich tegen af te zetten en zo de helikopter in de lucht te houden. b De luchtdruk is er heel laag, dus als je je longen groter maakt om in te ademen wordt de buitenlucht minder hard naar binnen geduwd. Bovendien is de lucht er heel ijl (lage dichtheid) dus bevat een liter lucht daar minder luchtmoleculen. Bij iedere ademteug krijg je dus maar weinig lucht met weinig zuurstof binnen. 17 a Alleen heel speciale (spionage-)vliegtuigen kunnen op die hoogte vliegen en ook alleen met hoge snelheid. Daar kan de parachutist niet uit springen. b Zonder drukpak zou een mens opgeblazen worden in een omgeving waar de luchtdruk zo laag is. En het ruimtepak beschermt de parachutist tegen de zeer strenge koude. c Op die hoogte is de dichtheid van de lucht veel lager, dus is de luchtweerstand veel lager en kan een veel hogere snelheid bereikt worden. 18 Eigen antwoord van de leerling 19 a Aan de hand van de gemeten luchtdruk kun je met de hydrostatische drukvergelijking de hoogte berekenen. b De temperatuur is, naast de hoogte, ook een variabele in de hydrostatische drukvergelijking. c Door het aan het begin van de dag gelijkstellen van de hoogtemeter met de werkelijke hoogte waarop je je bevindt, leg je voor die dag de luchtdruk op de starthoogte vast (p(h=0)). 20 a Condensatie van waterdamp vindt plaats als de temperatuur onder het dauwpunt is en als er condensatiekernen aanwezig zijn. b Het vliegtuig stoot na verbranding uitlaatgassen met waterdamp uit, dus is de waterdampdichtheid achter het vliegtuig hoger. Door de lage temperatuur op die hoogte is de temperatuur beneden het dauwpunt. De stofjes in de lucht en roetdeeltjes in de uitlaatgassen doen dienst als condensatiekernen. c Hoog in de lucht is de temperatuur zo laag dat er in plaats van waterdruppels ijskristallen ontstaan. d Vlak achter het vliegtuig zijn de uitlaatgassen nog erg warm, daar is de temperatuur nog boven het dauwpunt. 21 a In de buurt van het raam is de temperatuur lager dan in de rest van de kamer. Als de temperatuur lager is, ligt het dauwpunt volgens figuur 16 bij een lagere luchtvochtigheid, dus is het mogelijk dat dezelfde waterdampdichtheid in de buurt van het raam wel een relatieve luchtvochtigheid heeft van 100% en in de rest van de kamer niet. b Als je uitademt tegen je brillenglas verhoog je de relatieve luchtvochtigheid bij het glas doordat de uitgeademde warme lucht meer waterdamp bevat. 22 a De condensatiestroom hangt alleen af van de hoeveelheid watermoleculen die zich dichtbij het wateroppervlak bevinden. De moleculen die zich dichtbij het wateroppervlak bevinden kunnen per ongeluk in het water opgenomen worden. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 3 van 18

4 b Als de temperatuur van het water toeneemt bewegen de watermoleculen in het water sneller, waardoor de kans groter wordt dat ze uit het wateroppervlak ontsnappen. Er zullen dus vaker watermoleculen ontsnappen, wat betekent dat de verdamping toeneemt. c Door de toename van de verdamping neemt het aantal watermoleculen boven het wateroppervlak ook toe, waardoor ook de condensatiestroom weer toeneemt. Bij deze hogere temperatuur van het water ontstaat er een nieuw evenwicht waarbij er meer watermoleculen boven het wateroppervlak aanwezig zijn, dus waarbij de verzadigingsdichtheid groter is. 23 a De relatieve luchtvochtigheid geeft de verhouding aan tussen de hoeveelheid waterdamp in een bepaald volume bij een bepaalde temperatuur en de maximale hoeveelheid waterdamp in dat volume bij die temperatuur. Verdamping en condensatie zijn processen die alleen betrekking hebben op de water(damp)moleculen. De andere luchtmoleculen spelen geen rol. Aangezien de hoeveelheid waterdamp in de lucht verwaarloosbaar is ten opzichte van de andere bestanddelen, is de luchtdruk niet van invloed op verdamping en condensatie in de open lucht. Bij een hogere luchtdruk zitten alle moleculen dichter op elkaar (het volume neemt af), dus nemen zowel de maximale hoeveelheid waterdamp in dat volume als de werkelijke hoeveelheid waterdamp in dat volume toe. De verhouding verandert dus niet en daarmee de relatieve luchtvochtigheid ook niet. b Als lucht afkoelt neemt de maximale hoeveelheid waterdamp die de lucht kan bevatten af. Omdat de relatieve luchtvochtigheid de verhouding is tussen de hoeveelheid waterdamp in een bepaald volume en de maximale hoeveelheid waterdamp die de lucht kan bevatten bij die temperatuur, neemt de relatieve luchtvochtigheid dus toe als de lucht afkoelt. 24 De totale hoeveelheid energie per dag is E = P t = = 3, J. De hoeveelheid water die daarvoor moet verdampen en weer condenseren is 3, , = 1, kg. De dichtheid van water is 998,2 kg/m 3, dus de hoeveelheid verdampt en gecondenseerd water is per dag 1, = 1, m ,2 Eén zwembad heeft een volume van = 1000 m 3, dus het aantal zwembaden dat gevuld kan worden met de gecondenseerde waterdamp is 1, = 1, = 1,5 miljard. 25 a T = = 298 K ρ = p M lucht = = 1,2 kg/m 3. R T 8, b F z = m g = 1,2 9,81 = 11,7 = 12 N. c Bekijk één m 3 lucht als een blok van 1 bij 1 bij 1 m. Het grondoppervlak is dan 1 m 2 en de hoogte is 1 m. Als je één meter omhoog gaat neemt het gewicht van de lucht boven je af met 12 N per m 2 oppervlak. Dus is de drukafname 12 Pa per meter stijging. d p 300 m = = = Pa = 985 hpa. e p = p (h=0) e (g M lucht) h R T = e (9, ) h 8, = Pa = 985 hpa. f De antwoorden zijn gelijk, dus voor het berekenen van de druk op hoogtes tot 300 meter is de wiskundige oplossing van de hydrostatische grondvergelijking niet nodig. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 4 van 18

5 26 a T = = 300 K p = g M lucht p = 9, = 11,53 Pa/m h R T 8, p = 11, = 2, Pa = 230,5 hpa p = ,5 = 12,41 hpa = 1, Pa. b De druk is 2, Pa hoger: ρ g h = 2, en de dichtheid van water is 998 kg/m 3. Dit invullen geeft: 998 9,81 h = 2, h = 2,35 m. Dus de mijnwerkers ervaren een druk alsof ze zich 2,35 m onder water bevinden. Dat legt dus een zware druk op de mijnwerkers. c p = p(h=0) e (g M lucht R T ) h = e (9, , ) ( 2000) = 1, Pa. d Antwoord c is betrouwbaarder want bij antwoord a wordt er geen rekening mee gehouden dat de druk continu verandert met de hoogte en dat gebeurt bij de oplossing volgens antwoord c wel a De relatief warme lucht boven het water wordt opgetild door de koude lucht die eronder stroomt. b Door menging van de twee luchtsoorten wordt de gemiddelde temperatuur ongeveer 5 C. De verzadigde damp van 15 C bevat 13 g/m 3 waterdamp en de lucht van -5 C bevat minder dan 3 g/m 3. Gemiddeld zal er dus ongeveer 8 g/m 3 waterdamp in de gemengde lucht zitten bij een temperatuur van ongeveer 5 C, terwijl het verzadigingspunt van deze lucht 7 g/m 3 is, dus zal er condensatie optreden. a De lucht in de opstijgende open lampion zet uit en koelt daardoor af. De gemiddelde temperatuurdaling door expansie is in de onderste kilometers van de atmosfeer 1,0 K per 100 meter. De lucht in de lampion is op een hoogte van 4,0 km gedaald met 40 K. Trek in figuur 27 een lijn door de punten (293 K, 0 km) en (253 K, 3 km). Het snijpunt met de paarse lijn ligt bij 1,9 km. Hoger stijgt de lampion niet want dan is hij kouder dan de omgeving en zakt weer terug. Zie figuur. b Aflezen in figuur 27 bij een hoogte van 1,9 km geeft: T = 274 K = 1 C. c Aflezen in figuur 26 geeft dat bij 1 C de maximale waterdampdichtheid 5,5 g/m 3 is, dus kan er maximaal 5,5 g/m 3 waterdamp in de lucht zitten. Bij 20 C is de maximale waterdampdichtheid 17,3 g/m 3, dus is de relatieve vochtigheid in de lampion maximaal 5,5 100% = 32%. 17,3 d Als de relatieve vochtigheid in de lampion bij het loslaten groter is, zit er meer waterdamp in de lampion. Met 80% relatieve vochtigheid bevat de lampion 13,5 g/m 3 waterdamp bij 20 C, volgens figuur 26. Bij afkoeling tot 16 C (289 K) raakt deze lucht verzadigd, volgens figuur 26. Als de lampion gestegen is tot 200 m vindt er dan condensatie plaats in de lucht in de lampion, waardoor de afkoeling bij verder stijgen minder snel gaat. In figuur 27 loopt de zwarte lijn vanaf die hoogte steiler. De lampion komt daardoor hoger. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 5 van 18

6 29 [W] Experiment: Schoorsteentrek 30 [W] Berekening van schoorsteentrek 31 a De lucht bovenin de schoorsteen staat in rechtstreekse open verbinding met de lucht buiten de schoorsteen op dezelfde hoogte. Een eventueel drukverschil wordt meteen teniet gedaan doordat de lucht vrij kan stromen van de ene naar de andere plek, dus zijn beide luchtdrukken gelijk. b De warme lucht in de schoorsteen is uitgezet, waardoor er minder lucht in de schoorsteen is. Van boven naar beneden gaande neemt de luchtdruk toe met het gewicht (per m 2 ) van de lucht tussen boven en beneden. In de warme schoorsteen neemt de luchtdruk dus minder toe als je van boven naar beneden gaat dan buiten de schoorsteen, waardoor de luchtdruk beneden in de schoorsteen minder groot is dan buiten de schoorsteen op de dezelfde hoogte. c Bij een goed geïsoleerde wand zal de lucht in de schoorsteen nauwelijks afkoelen tijdens het opstijgen, zodat de luchtdichtheid in de schoorsteen laag blijft en onderin de schoorsteen het drukverschil met de buitenlucht op maximaal.. Een groter luchtdrukverschil zorgt ervoor dat verse lucht sneller wordt aangevoerd. Daardoor krijgen de ovens meer zuurstof en zullen harder branden. 32 a Op de foto zijn de mensen zijn ongeveer 5,5 mm hoog en is de mand ongeveer 4,5 mm breed. Een mens is in werkelijkheid ongeveer 1,70 m lang, dus zal de mand ongeveer 4,5 1,70 = 1,4 m breed zijn. 5,5 b De ballon is 45 mm breed en dat is 10 keer zo groot als de breedte van de mand. De diameter van de ballon is dus ongeveer 14 m (andere keuze: 18 m). c V = 4 3 π r3 = 4 3 π 7,03 = 1, m 3 ( m 3 ). d Er zitten ongeveer 6 (3) mensen in de ballon met een gemiddelde massa van 70 kg. De mand met ballon weegt ongeveer 50 kg (200 kg), dus is de totale massa = 470 kg. Dan is: F z,mand = m g = 470 9,81 = 4, N = 4, kn. De temperatuur is ongeveer 10 C ofwel 283 K. e Bij opstijgen is de opwaartse kracht Fopw minstens gelijk aan de zwaartekracht Fz. In Binas is te vinden dat de dichtheid van lucht bij 273 K 1,29 kg/m 3 is. volgt dat bij gelijke druk geldt dat ρ T = constant, dus 1, = ρ R T lucht 283 voor de buitenlucht ρ lucht = 1,24 kg/m 3. F opw = m g = ρ lucht V g = 1,24 1, ,81 = 17, N = 17,1 kn. (36 kn) F opw = F z,mand + F z,lucht in ballon F z,lucht in ballon = 17,1 4,7 = 12,4 kn. (32 kn) Uit ρ lucht = p M lucht F z,lucht in ballon = ρ lucht in ballon V g ρ lucht in ballon = F z,lucht in ballon ρ lucht in ballon = p M lucht T = R T V g = 12, , ,81 = 0,90 kg/m 3. (1,09) p M lucht = 1, ,029 = 387 K = 115 C. (320 K = 47 o C) R ρ lucht in ballon 8,31 0,90 Een (gemiddelde) temperatuur van meer dan 100 o C van de lucht in de ballon lijkt wat veel. Zoals blijkt uit de getallen tussen haakjes, is bij een iets andere schatting van de afmeting van de ballon het antwoord dus heel anders (meer realistisch?). K1.3 WIND 33 [W] Experiment: Convectie in het lab 34 [W] Experiment: Bewegen op een draaischijf ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 6 van 18

7 35 Waar of niet waar? a Waar: Isobaren zijn lijnen of vlakken van gelijke luchtdruk. De getekende lijnen zijn snijlijnen met een horizontaal of verticaal vlak. b Niet waar: Zeebries is de wind die van zee naar het land waait. c Niet waar: In de grenslaag waait het minder hard dan daarboven. d Niet waar: Een cyclonale stroming draait op het noordelijk halfrond van bovenaf gezien tegen de klok in en op het zuidelijk halfrond met de klok mee. e Niet waar: Op het zuidelijk halfrond is de stroming rond een lagedrukgebied cyclonaal en rond een hogedrukgebied anticyclonaal, net als op het noordelijk halfrond. Het verschil is dat de cyclonale stroming op het noordelijk halfrond linksom gaat en op het zuidelijk halfrond rechtsom. De anticyclonale stroming gaat rechtsom op het noordelijk halfrond en linksom op het zuidelijk halfrond. 36 Zonder zon koelt het strand snel af doordat de warmte wordt uitgestraald. In zee zakt het afgekoelde oppervlaktewater naar beneden en wordt vervangen door warmer water bovenaan. Daardoor neemt de temperatuur van de lucht boven zee maar langzaam af. De circulatie is daardoor dus precies andersom: er ontstaat een landwind. 37 a Tijdens het rollen draait de schijf onder de bal door. b Als je op de schijf zit lijkt de bal naar rechts af te wijken, dus werkt de schijnkracht naar rechts. c Een kracht die loodrecht op de snelheid staat kan alleen de richting van de snelheid veranderen en niet de grootte. d In figuur 44 is aan de toenemende afstand tussen de stippen te zien dat de schijnbare snelheid van de bal niet alleen van richting verandert maar ook toeneemt. Alleen in het centrum van de draaischijf is de afwijking van het gele spoor, ten opzichte van de werkelijke paarse baan, een corioliseffect dat gelijk is aan dat op de draaiende bol die de aarde is. De hele beweging over een platte draaischijf is geen goed model van de beweging over een draaiende bol is. Stromingen over de draaiende aarde zijn niet te modelleren in het laboratorium, alle en numeriek met een computermodel. 38 Een schijnkracht is een niet bestaande kracht die wordt bedacht door een waarnemer die meebeweegt met bijvoorbeeld een draaiende ondergrond. Een schijnkracht wordt gebruikt om makkelijker te kunnen rekenen aan bewegingen in een systeem dat niet eenparig beweegt. 39 a De isobaren in figuur 42 onderaan zijn recht dus waait er een geostrofische wind naar. Er is daar evenwicht tussen de gradiëntkracht en de corioliskracht. Zodra de isobaren naar links buigen draait de gradiëntkracht mee omdat deze altijd loodrecht op de isobaren staat. De corioliskracht staat loodrecht op de snelheid dus draait niet meteen. Er is dan geen evenwicht meer en de nettokracht is schuin naar links en naar achteren gericht waardoor de windsnelheid afneemt. Als de windsnelheid afneemt neemt ook de corioliskracht af zodat de gradiëntkracht de lucht verder de bocht om trekt. De snelheid neemt af tot de corioliskracht tegengesteld gericht is aan de gradiëntkracht. b Bij een sterkere kromming draait de gradiëntkracht meer mee met deze kromming waardoor de naar achteren gerichte nettokracht groter is en de windsnelheid dus kleiner wordt. In de bocht wordt de centripetale kracht geleverd door de gradiëntkracht min de corioliskracht. In een sterker gekromde bocht is gelijke afstand tussen de isobaren, dus is de gradiëntkracht even groot maar de centripetale kracht is groter. De corioliskracht is bij constante windsnelheid in een scherpere bocht dus kleiner en dat betekent dat de windsnelheid kleiner is. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 7 van 18

8 c Bij een anticyclonale stroming zorgt de draaiing van de gradiëntkracht juist voor een naar voren gerichte nettokracht en daarmee een toename van de windsnelheid. Dit effect is ook groter bij een sterkere kromming, dus neemt de windsnelheid bij een anticyclonale stroming toe bij een sterkere kromming. Bij constante windsnelheid in een anticyclonale bocht wordt de centripetale kracht geleverd door de corioliskracht min de gradiëntkracht. Bij een sterkere kromming hoort dan, bij gelijke afstand tussen de isobaren, een g rotere windsnelheid. 40 a Van noordwest naar west draait de wind tegen de klok in, dus de wind is dan gekrompen. b Bij de grond is de windsnelheid 0 en naarmate je hoger in de grenslaag komt neemt de windsnelheid toe. Bij de grond wordt de windrichting voornamelijk bepaald door de gradiëntkracht, dus staat min of meer loodrecht op de isobaren. In hogere luchtlagen is er minder wrijving met het aardoppervlak, dus neemt de windsnelheid toe en daardoor neemt de corioliskracht ook toe, waardoor de windrichting draait. Zie ook figuur 41. c De corioliskracht is op het noordelijk halfrond naar rechts gericht. Als de windsnelheid toeneemt neemt de corioliskracht toe en als de gradiëntkracht gelijk blijft draait de wind dus met de klok mee, dat heet ruimen. d Boven de grenslaag ondervindt de lucht geen wrijving meer met het ruwe aardoppervlak en komt de corioliskracht in evenwicht met de gradiëntkracht. De wind waait dan langs de isobaren. 41 a Als je met de wind in de rug staat, kijk je in de richting waarin de lucht beweegt. De corioliskracht is op het noordelijk halfrond altijd naar rechts, dus moet bij evenwicht de gradiëntkracht naar links zijn. De lage druk bevindt zich dus links van je. b Op het zuidelijk halfrond is de stroming rond een lagedrukgebied en ook rond een hogedrukgebied net andersom dan op het noordelijk halfrond, dus luidt de wet van Buys Ballot in Australië: Met de wind in de rug is de lage druk aan je rechterhand. 42 [W] Afleiding formule voor de gradiëntkracht 43 [W] Afleiding formule voor de corioliskracht 44 Eigen antwoord van de leerling 45 a Lapland ligt op een hogere breedtegraad, dus is de coriolisparameter f groter in Lapland. Bij kleinere windsnelheid is er al evenwicht tussen de gradiëntkracht en de corioliskracht. Ook aan de formule voor de geostrofische windsnelheid zie je dat de windsnelheid dan kleiner is. b Sint Maarten ligt op 18 NB en Nederland op 52 NB, dus is de coriolisparameter kleiner in Sint Maarten en zal het op Sint Maarten harder waaien, bij gelijke isobarenafstand. 46 a Als de onderlinge afstand tussen de isobaren 2x zo klein is, is de gradiëntkracht 2x zo groot. De corioliskracht is dan ook 2x zo groot en dus is de geostrofische windsnelheid 2x zo groot. b De geostrofische windsnelheid zou 2x zo groot zijn, maar in een cyclonale stroming is de windsnelheid kleiner dan de geostrofische windsnelheid, dus minder dan 2x zo groot. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 8 van 18

9 47 In een cyclonale stroming is de gradiëntkracht groter dan de corioliskracht. De middelpuntzoekende kracht wordt geleverd door de nettokracht (alles voor 1 m 3 lucht): F mpz = F grad F cor ρ v2 = p ρ f v. Als de r x kromtestraal 2x zo klein is zal de snelheid 2 = 1,4x zo klein moeten zijn voor dezelfde middelpuntzoekende kracht. Maar een kleinere snelheid zorgt ook voor een kleinere corioliskracht waardoor de geleverde middelpuntzoekende kracht nog iets groter zal worden en daar is een grotere snelheid voor nodig. De snelheid wordt minder dan 1,4x zo klein. 48 Het is op de weerkaarten niet mogelijk om de helling van de raaklijn aan een grafiek te bepalen, er zijn te weinig isobaren om een grafiek te maken. Het is wel mogelijk om p te bepalen door het drukverschil tussen twee x isobaren te delen door hun onderlinge afstand a De afstand tussen de isobaar van 1000 hpa en die van 1010 hpa is met de schaal in de figuur op te meten: 250 km. De drukgradiënt is dus p = x = 4, Pa/m. b De breedtegraad van Parijs is 48,8 NB dus f = 1, sin(φ) = 1, sin(48,8) = 1, rad/s. c Bij een temperatuur van 12 C = 285 K en een luchtdruk van 1011 hpa is de dichtheid van de lucht ρ lucht = p M lucht = ,029 = 1,24 kg/m 3. R T 8, Dus is de geostrofische windsnelheid op die dag in Parijs v geostrofisch = ( 1 ρ f ) p x = ( 1 1,24 1, ) 4, = 30 m/s. a Teken eerst twee raaklijnen aan het cirkelvormige deel van de isobaar bij Riga en teken loodrecht daarop twee lijnen. Het snijpunt van de twee lijnen is het middelpunt M van de cirkel. Trek ter controle met een passer de cirkel. Zie figuur. De straal van de cirkel is 1,4x zo groot als de afstand Riga Stockholm: r = 1,4 444 = 622 km. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 9 van 18

10 b Riga ligt op 57 NB, dus f = 1, sin(φ) = 1, sin(57) = 1, = 1, rad/s. c De afstand tussen twee isobaren in de buurt van Riga is 0,53x de afstand tussen Riga en Stockholm, dus x = 0, = 235 km. Het luchtdrukverschil tussen twee isobaren is 4 hpa, dus is de drukgradiënt p = x = 1, Pa/m. d In een cyclonale stroming is de gradiëntkracht groter dan de corioliskracht. De middelpuntzoekende kracht wordt geleverd door de nettokracht (alles voor 1 m 3 lucht): F mpz = F grad F cor ρ v2 = p ρ f v. r x Vul de gegevens uit onderdeel a, b en c in en gebruik dat de snelheid 9 m/s is: ρ 9 2 = 1, ρ 1, ρ lucht = 1,38 kg/m 3. Dat is een normale waarde voor de dichtheid van de lucht, dus het is goed mogelijk dat de windsnelheid in Riga 9 m/s was. 51 Bij het naar binnen pompen spreidt de yoghurt in de bak uit, waardoor de uitstromende yoghurt in de bak weinig weerstand ondervindt en de berg in het midden niet hoog wordt. Bij het uitpompen naar het midden toe komt de yoghurt in de bak samen en dat gaat een stuk moeilijker, de toestroom ondervindt in de bak veel weerstand. 52 In een hogedrukgebied wordt de lucht naar beneden geduwd doordat er in de bovenlucht convergentie is. Door de wrijving is de wind in de grenslaag schuin over de isobaren heen naar buiten gericht. Rond een hogedrukgebied stroomt de lucht in de grenslaag daardoor makkelijk weg naar de zijkanten en wordt de drukgradiënt niet groot. In een lagedrukgebied wordt de lucht omhoog gezogen doordat er in de bovenlucht divergentie is. Door de wrijving is de wind in de grenslaag schuin over de isobaren heen naar binnen gericht, maar toestroom van lucht gaat door ophoping veel moeilijker dan de uitstroom bij een hogedrukgebied. Bij een lagedrukgebied kan het tekort aan lucht dus moeilijker 'opgevuld' worden dan dat het teveel aan lucht bij een hogedrukgebied afgevoerd kan worden. K1.4 STRAALSTROOM EN STORINGEN 53 [W] Experiment: Stralingsbalans 54 Waar of niet waar? a Niet waar: De inkomende zonne-energie die de aarde en de atmosfeer ontvangen is gemiddeld in balans met de uitgaande warmtestraling. b Waar c Niet waar: Verschillende luchtsoorten hebben een andere temperatuur. d Waar e Niet waar: de straalstroom waait in de bovenlucht, hoog bovenin de frontale zone. 55 a Het stralingsoverschot heeft water doen verdampen. b In Suriname valt het zonlicht veel meer loodrecht in zodat er gemiddeld meer instraling per m 2 aardoppervlak is. In Noorwegen is de instraling per m 2 door de schuine lichtinval veel lager. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 10 van 18

11 c Doordat de het licht onder een hoek van 60 invalt wordt dit over een 2x zo groot wateroppervlak verdeeld dan wanneer het (vrijwel) loodrecht invalt, zoals in Suriname. Zie figuur: het oppervlak van de invallende lichtstraal in Suriname is cos(60 ) = 0,5x zo groot als het oppervlak van de invallende lichtstraal in Noorwegen. Maar omdat er onder een hoek van 60 in Noorwegen veel meer licht wordt weerkaatst ontvangt het wateroppervlak in Suriname meer dan 2x zoveel warmte dan het wateroppervlak in Noorwegen. d Het water is in Suriname warmer dan in Noorwegen. Dus wordt er in Suriname meer warmte door het water uitgestraald. e Als de intensiteit van de uitgezonden warmtestraling evenredig zou zijn met de absolute temperatuur van het water, dan zou de temperatuur van het water in Suriname meer dan 2x zo hoog zijn als de temperatuur van het water in Noorwegen. Stel dat het water in Noorwegen 0 C, dus 273 K, is. Dan zou het water in Suriname meer f dan 546 K, dat is 273 C, zijn. Er zou geen vloeibaar water meer te vinden zijn in Suriname! Als de uitgezonden warmtestraling 2x zo groot is moet de temperatuur veel minder dan 2x zo groot zijn. Ofwel als de temperatuur 2x zo groot is moet de uitgezonden warmtestraling veel meer dan 2x zo groot zijn, dus is de uitgezonden warmtestraling meer dan evenredig met de absolute temperatuur. 56 a Als het polaire front wel als een cirkel om de aarde zou liggen, zou er geen warme lucht in de richting van de pool en koude lucht de andere kant op getransporteerd worden. In de buurt van de noordpool is er een stralingstekort (er wordt meer warmte uitgestraald dan dat er binnenkomt) dus als er geen uitwisseling is met de rest van de aarde zal het in de poolstreken steeds kouder worden. b Als het subtropische front als een cirkel om de aarde zou liggen zou er geen warme lucht richting de subtropen en geen koude lucht richting de evenaar getransporteerd worden. In de buurt van de evenaar is er een stralingsoverschot (er komt meer warmte binnen dan dat er wordt uitgestraald) dus als er geen uitwisseling is met de rest van de aarde zal het in de tropen steeds warmer worden. 57 De zich verplaatsende koude lucht zal onder de warme lucht kruipen terwijl de zich verplaatsende warme lucht over de koude lucht heen schuift. Dus als er een verticaal front is met links koude lucht en rechts warme lucht, zal de koude lucht onderaan het front naar rechts schuiven terwijl de warme lucht bovenaan naar links schuift. Het front komt dan schuin te staan, zie ook figuur Het front is de grens tussen de koude en de warme lucht, hierin verandert de temperatuur horizontaal gezien dus relatief snel. In het warme gebied is de luchtdichtheid gemiddeld lager dan in het koude gebied en dus neemt de luchtdruk in het warme gebied minder snel af met de hoogte dan in het koude gebied. Naar boven toe is daardoor het drukverschil tussen een punt in het warme gebied en een even hoog gelegen punt in het koude gebied steeds groter. De hoge drukgradiënt bovenin de frontale zone zorgt ervoor dat de geostrofische wind daar het grootst is. 59 Eigen antwoord van de leerling 60 De frontale zone is de grens tussen een warme en een koude sector. In de warme sector is de luchtdichtheid gemiddeld lager dan in de koude sector en dus neemt de luchtdruk in de warme sector minder snel af met de hoogte dan in de koude sector. Naar boven toe is daardoor het drukverschil tussen een punt in het warme gebied en een even hoog gelegen punt in het koude gebied steeds groter. De hoge drukgradiënt bovenin de frontale zone zorgt ervoor dat de geostrofische wind daar veel groter is dan onderin. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 11 van 18

12 61 a De luchtdrukken die op de weerkaart staan liggen rond de 1000 hpa en dat is de gemiddelde luchtdruk op zeeniveau. b De depressies bewegen met de straalstroom mee en die is van west naar oost. In figuur 63 en 64 zie je dat er aan de (noord)oost kant van een depressie in de bovenlucht divergentie is en aan de (zuid)west kant convergentie. Dat betekent dat de luchtdruk aan de grond aan de oostkant afneemt en aan de westkant toeneemt, het patroon verplaatst zich dus naar het oosten a In figuur 66 zijn de pijlen die de circulatie aangeven regelmatig geplaatst en overal gelijk, terwijl dat in figuur 67 niet zo is. Bovendien veranderen de fronten en de hoge- en lagedrukgebieden voortdurend. Ze kunnen niet in een gemiddeld model weergegeven worden. b In figuur 66 zie je dat de lucht onderin de atmosfeer wegstroomt bij de noordpool en lucht stroomt van hoge naar lage druk. c De ogenschijnlijke tegenspraak dat er bij de noordpool in figuur 66 een hogedrukgebied is terwijl er in figuur 67 een lagedrukgebied bij de noordpool is wordt veroorzaakt doordat figuur 67 de luchtdruk op 5 km hoogte weergeeft. De lucht bij de grond stroomt weg doordat de luchtdruk aan de grond relatief hoog is. Door de lage temperatuur van de luchtsoort in het poolgebied, neemt de druk daar snel af met de hoogte. Op 5 km hoogte is de luchtdruk in het poolgebied relatief laag. (Oorzaak en gevolg zijn eigenlijk andersom: door het stralingstekort is de lucht in het poolgebied zeer koud en dicht, waardoor de druk op 5 km hoogte laag is. Er stroom t op die hoogte dus lucht toe vanuit minder koude gebieden minder noordelijk. Door deze convergentie op grotere hoogte is de druk in het poolgebied aan de grond hoog.) a Als er divergentie in de bovenstroming is, stroomt er per tijdseenheid meer lucht uit het gebied dan erin. Deze lucht wordt uit de ondergelegen lucht aangezogen zodat de druk aan de grond afneemt. b De bovenlucht beweegt hier naar een bocht linksom. Dat betekent dat de windsnelheid afneemt. Door de afname van de windsnelheid treedt er convergentie in de bovenstroming op. Deze extra lucht drukt de lucht eronder naar beneden. c De lucht komt uit zuidelijker gebied. d De bovenlucht beweegt hier naar een bocht rechtsom. Dat betekent dat de windsnelheid toeneemt. Door de toename van de windsnelheid treedt er divergentie in de bovenstroming op. Het tekort aan lucht bovenin wordt van onderaf aangezogen zodat de luchtdruk aan de grond afneemt. 64 a Omhoog bewegende lucht koelt af door expansie. b De afgekoelde lucht kan minder waterdamp bevatten, dus condenseert deze waterdamp in de bergen en valt neer als regen of sneeuw. 65 In figuur 63 en 64 is te zien dat de lucht bij de zuidelijke bocht naar het zuiden stroomt. Er wordt dus koude poollucht aangevoerd over de Grote Meren. K1.5 REGEN EN ZONNESCHIJN 66 [W] Experiment: Frontvlak tussen twee vloeistoffen 67 [W] Experiment: Verdamping door compressie ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 12 van 18

13 68 Waar of niet waar? a Niet waar: Met een barometer wordt de luchtdruk gemeten. De luchtdruk is één van de parameters bij weersverwachtingen. b Waar c Waar d Niet waar: Uit een geoccludeerd front kan wel neerslag vallen. e Niet waar: Bij nadering van een warmtefront komt eerst de bewolking en gaat het eventueel eerst regenen. Pas daarna neemt de temperatuur aan de grond toe. 69 a Bij een hogedrukgebied wordt de lucht van hoger in de atmosfeer naar beneden geduwd, waardoor deze opwarmt door compressie. Door de temperatuurstijging neemt de relatieve vochtigheid af en lost eventuele bewolking op. Mooi weer is weer met een relatief hoge temperatuur en zonder bewolking. b In een hogedrukgebied daalt de lucht en is er daardoor geen bewolking. De uitstraling van het aardoppervlak heeft vrij spel door de atmosfeer heen, waardoor het aardoppervlak afkoelt en daardoor ook de lucht. c De relatieve vochtigheid neemt af door de temperatuurstijging van de lucht die naar beneden komt. De eventuele bewolking zal verdampen. 70 De hoek die het front maakt met het horizontale vlak is maar 0,5, dus dat zie je niet. 71 Een koufront schuift onder de warme lucht. Dat vindt vlak bij het aardoppervlak, in de grenslaag, plaats waardoor de lucht veel wrijving ondervindt. Het koufront wordt dus afgeremd en is daardoor veel steiler dan een warmtefront dat juist over de koude lucht heen schuift en weinig last van wrijving heeft. In het relatief steile koufront wordt de warme lucht snel en ver omhoog geduwd waardoor er sneller en meer condensatie optreedt zodat er zware buien kunnen optreden. 72 Het koufront is steiler dan het warmtefront doordat bij een koufront de koude lucht onder de warme lucht schuift en daarbij wordt afgeremd in de grenslaag. Bij een warmtefront schuift de warmte lucht over de koude lucht heen en wordt daarbij veel minder afgeremd. Doordat een koufront steiler is, vindt de optilling van warme lucht dichter bij het front plaats en beweegt de bewolking minder ver voor de temperatuurdaling uit. 73 a Bij een geoccludeerd front haalt een koufront een warmtefront in. Het koufront schuift onder het warmtefront waardoor de warme lucht naar boven wordt geduwd en niet meer de grond zal raken. b Voorafgaand aan het geoccludeerde front beweegt het warmtefront. Een warmtefront gaat gepaard met bewolking en eventuele neerslag. Die bewolking komt dus eerst maar het warmtefront is aan de grond ingehaald door het koufront zodat aan de grond de temperatuurstijging niet plaatsvindt. 74 Eigen antwoord van de leerling 75 a Doordat de waterdamp condenseert koelt de opstijgende lucht minder snel af. De lucht is meer uitgezet en stijgt daardoor langer en sneller omhoog, zodat op 6 km hoogte de luchtdruk toeneemt (er komt in dat gebied meer lucht boven het 6 km niveau) en de divergentie dus wordt versterkt. b Een depressie zal sneller boven zee ontstaan want de lucht boven zee bevat meer waterdamp dan de lucht boven land. Door condensatie van deze waterdamp neemt de hoge druk op enkele kilometers hoogte toe en is er meer divergentie bovenin zodat de depressie sneller uitdiept. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 13 van 18

14 76 a Boven het warme water van de oceaan stijgt er lucht met veel waterdamp op, die bij het opstijgen zal condenseren. De lucht koelt daardoor minder af en bevordert de divergentie bovenin. Boven land bevat de lucht weinig waterdamp. De opstijgende lucht zal niet condenseren, dus sneller afkoelen waardoor de divergentie bovenin kleiner wordt dan de convergentie in de grenslaag en het lagedrukgebied wordt opgevuld. b De windmolens halen hun bewegingsenergie uit de luchtstroming en bemoeilijken daardoor de convergentie onderin de cycloon. Op die manier wordt er minder waterdamp de cycloon in gezogen zodat de depressie minder snel kan uitdiepen. 77 a Door de convergentie in de bovenlucht neemt de luchtdruk aan de grond toe, waardoor onderin de lucht uitstroomt naar de zijkanten (de lucht divergeert). Daardoor heeft de druk op een gegeven moment een maximum bereikt en neemt niet verder toe. b De dalende lucht warmt op door compressie en kan dus meer waterdamp bevatten, de relatieve luchtvochtigheid neemt af. 78 a tan(0,5) = 10/s s = 10 tan(0,5) = 1,1 103 km. Zie figuur. b De wolken bewegen met de luchtstroming op die hoogte mee naar het oosten, maar in de grenslaag is de wind meer zuidelijk (meer uit het zuiden en naar het noorden) gericht. 79 a In de zuidelijke bocht is de windsnelheid kleiner en in de noordelijke bocht is de windsnelheid groter. Bij C wordt de lucht uit elkaar getrokken door dit snelheidsverschil en er ontstaat hoog in de lucht dive rgentie en bij de grond convergentie, dus een depressie. Dus C bevindt zich ten zuidwesten van IJsland en IJsland bevindt zich bij D. b De depressie volgt de rossby-golf en zal zich richting IJsland verplaatsen. 80 Bij drukkend weer is het moeilijk om okselfris te blijven. Het is warm, je zweet en zweet op je huid verdampt nauwelijks, omdat de luchtvochtigheid hoog is. 81 Door het wuiven met de waaier wordt de vochtige lucht rondom de huid weggewuifd. Deze lucht bevat veel waterdamp en als deze lucht wordt weggewuifd kan er makkelijker meer water van de huid verdampen en koelt de huid sneller af. 82 Een gevoelstemperatuur van bijvoorbeeld -10 C treedt op bij verschillende windsnelheden. En gevoelstemperatuur kun je niet meten, alleen subjectief schatten. K1.6 AFSLUITING 83 Eigen antwoord van de leerling 84 a De luchtdruk in de atmosfeer is gelijk aan het gewicht per m 2 van alle lucht die zich boven die hoogte bevindt. Hoe hoger je gaat, hoe minder lucht er nog boven je is en hoe lager dus de luchtdruk is. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 14 van 18

15 b De lucht wordt vooral door geleiding en infrarode straling vanaf het aardoppervlak verwarmd. Deze verwarmde lucht zet uit waardoor de dichtheid kleiner wordt. De lichtere lucht wordt door de koelere en zwaardere omringende lucht in de omgeving opgetild. Als deze lucht hoger komt is de luchtdruk lager waardoor de lucht uitzet. Bij deze expansie neemt de temperatuur van de lucht af. Het resultaat is dus dat bij het aardoppervlak de lucht warmer is dan op grote hoogte. c Boven de tropopauze absorbeert de lucht wel zonnestraling omdat daar de zuurstof en de ozon in de stratosfeer de uv-straling van de zon absorberen. Door de absorptie van de zonnestraling is de temperatuur van de lucht in de stratosfeer hoger dan bovenin de troposfeer. d De relatieve vochtigheid is de verhouding tussen de hoeveelheid waterdamp die er in een bepaald volume lucht bij een bepaalde temperatuur is en de hoeveelheid waterdamp die er zou zijn bij verzadiging bij die temperatuur. Bij het opstijgen van de lucht neemt de temperatuur af en koude lucht kan minder waterdamp bevatten, dus neemt de relatieve luchtvochtigheid toe. e Convectie is een verticale beweging in de lucht of in een vloeistof die aangedreven wordt door de opwaartse kracht op de warmere lucht, die lichter is dan de omgevingslucht. f Zonder zon koelt het strand af doordat de warmte wordt uitgestraald. In zee zakt het afgekoelde oppervlaktewater naar beneden en wordt vervangen door warmer water bovenaan. Daardoor is aan het eind van de nacht de temperatuur van de lucht boven zee hoger dan boven het strand. De lucht boven zee zet dan uit en stroomt hoog in de lucht richting het strand. Daardoor neemt de luchtdruk op het strand toe en vlak boven zee af. Dit zet de beweging van lucht van het strand naar de zee in gang. g De gradiëntkracht ontstaat door horizontale drukverschillen. De gradiëntkracht staat loodrecht op de isobaren en is gericht van hoge naar lage druk. Hoe kleiner de onderlinge afstand tussen de isobaren, des te groter is de gradiëntkracht. h De corioliskracht is een schijnkracht die optreedt als een voorwerp beweegt op een ronddraaiende bol. Voor een i j meedraaiende waarnemer lijkt het voorwerp door een extra kracht te worden afgebogen maar voor een waarnemer die niet meedraait is dat niet zo. Vandaar de naam s chijnkracht. De corioliskracht werkt loodrecht op de bewegingsrichting, naar rechts op het noordelijk halfrond en naar links op het zuidelijk halfrond. De grootte van de corioliskracht hangt af van de snelheid v van het voorwerp, de hoeksnelheid van de aarde (7, rad/s) en de breedtegraad φ waarop het voorwerp zich bevindt. In een cyclonale stroming buigen de isobaren linksom een lagedrukgebied, zie figuur 42. Zolang de isobaren nog recht lopen waait er een geostrofische wind langs de isobaren. Er is dan evenwicht tussen de gradiëntkracht en de corioliskracht. Zodra de isobaren naar links buigen draait de gradiëntkracht mee doordat deze loodrecht op de isobaren staat. De corioliskracht staat loodrecht op de snelheid dus draait niet. Er is dan geen evenwicht meer en de nettokracht is schuin naar achteren gericht waardoor de windsnelheid afneemt, totdat het verschil tussen de gradiëntkracht en de corioliskracht als centripetale kracht werkt. Dat is dus bij een kleinere windsnelheid dan de geostrofische, bij dezelfde isobarenafstand. k Boven zee heeft de lucht veel minder last van wrijving dan boven land. De lucht wordt dus minder afgeremd boven zee en de grenslaag is dunner. l Bij een hogedrukgebied vindt bovenin convergentie plaats en dit veroorzaakt de hoge druk onderin waardoor daar divergentie optreedt. In een hogedrukgebied zakt de lucht daardoor van boven naar beneden. m Als het polaire front en de straalstroom recht zouden blijven op dezelfde noorderbreedte zou er geen warme lucht in de richting van de pool en koude lucht de andere kant op getransporteerd worden. In de buurt van de noordpool is er een stralingstekort (er wordt meer warmte uitgestraald dan dat er binnenkomt), dus als er geen uitwisseling is met de rest van de aarde zal het in de poolstreken steeds kouder worden en onder de straalstroom steeds warmer. Als het temperatuurverschil groter is wordt de straalstroom ook sterker. n Bij een koufront dringt koudere lucht onder warmere lucht. De warme lucht stijgt snel op en er kunnen hevige buien vallen in de buurt van het front. o Bij een warmtefront glijdt de warmere lucht over de koudere lucht heen. De opstijgende warme lucht koelt af waardoor er condensatie en wolkenvorming hoog in de lucht optreedt. De passage van een warmtefront wordt aangekondigd door deze hoge bewolking waaruit soms neerslag komt. Pas daarna passeert het warmtefront en neemt de temperatuur aan de grond toe. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 15 van 18

16 p Een geoccludeerd front ontstaat als een koufront een warmtefront inhaalt. De warme lucht raakt niet meer aan de grond maar er kan nog wel regen uit vallen. q Bij een hogedrukgebied zakt de lucht van hoger in de atmosfeer naar beneden, waardoor deze opwarmt door compressie. Door de temperatuurstijging neemt de relatieve luchtvochtigheid af. De eventuele bewolking zal verdampen zodat er droog en helder weer ontstaat. r Een rossby-golf is een slinger in de straalstroom. Rossby-golven kunnen het doorlopende front verstoren en depressies en hogedrukgebieden laten ontstaan. Waar in de rossby-golf de windsnelheid toeneemt ontstaat een depressie en waar de windsnelheid afneemt ontstaat een hogedrukgebied. 85 a Als de piloot de brander uitzet koelt de lucht in de ballon langzaam af en neemt de dichtheid van de lucht in de ballon toe. Er stroomt lucht de ballon in en die wordt daardoor zwaarder en zakt naar beneden. b Als de piloot de brander vervolgens weer aanzet wordt de lucht in de ballon verwarmd neemt de dichtheid af, er wordt weer lucht uit de ballon geduwd zodat de ballon weer omhoog drijft. c In de lagere gebieden bevindt de ballon zich in de grenslaag, daar is de windrichting schuin op de isobaren. Boven de grenslaag is de wind geostrofisch: loodrecht op de isobaren. d De corioliskracht is op het noordelijk halfrond naar rechts gericht. De corioliskracht is groter als de snelheid van de wind groter is en de windsnelheid is groter op grotere hoogte, dus om naar rechts te sturen moet de piloot stijgen. 86 a Als je de fles na het indrukken plotseling loslaat vind er adiabatische expansie plaats van de lucht in de fles. De lucht koelt af en er condenseert waterdamp. b De lucht in de fles warmt weer op doordat er van buiten af warmte door de fles heen geleidt. c De rook van een brandende lucifer bestaat heel kleine roetdeeltjes en dat zijn goede condensatiekernen. En misschien is er door de verbranding meer waterdamp in de lucht gekomen, zodat de relatieve luchtvochtigheid in de fles hoger is. d Bij het snel indrukken van de fles vindt er adiabatische compressie plaats van de lucht in de fles. De lucht warmt daarbij op waardoor de waterdruppeltjes verdampen. e Bij het opstijgen van warme lucht (boven zee) in een lagedrukgebied. De lucht stijgt snel, expandeert en de waterdamp condenseert tot wolken. f De lucht in wolken bij een depressie kan niet opgewarmd worden door omgevingslucht (op dezelfde hoogte) zoals in de fles wel het geval is. g Bij een hogedrukgebied daalt de koude lucht en wordt deze gecomprimeerd. Bij de compressie komt warmte vrij waardoor de relatieve luchtvochtigheid afneemt en de bewolking oplost. 87 Stel dat de luchtbel aan het aardoppervlak een temperatuur van 30 C heeft bereikt. Deze luchtbel kan maximaal 30,5 g/m 3 waterdamp bevatten. Bij een relatieve luchtvochtigheid van 70% bevat de luchtbel 0,70 30,5 = 21,4 g/m 3 waterdamp. De temperatuur waarbij deze waterdamp zal gaan condenseren is af te lezen in figuur 88: dat is bij 23,5 C. De temperatuurdaling is dan 30 23,5 = 6,5 K, dus is de stijging van de luchtbel 100 6,5 = 6, m. 88 a De luchtdruk is er heel laag, dus als je je longen groter maakt om in te ademen wordt de buitenlucht minder hard naar binnen geduwd. Bovendien is de lucht er heel ijl (lage dichtheid) dus bevat een liter lucht daar minder luchtmoleculen. Bij iedere ademteug krijg je dus maar heel weinig lucht met heel weinig zuurstof binnen. b Door de hogere temperatuur is de atmosfeer bij de evenaar dikker dan in de buurt van de polen. Bij Mount McKinley is de atmosfeer dus dunner en kom je al eerder in de ijle lucht als je gaat stijgen. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 16 van 18

17 89 In de zuidelijke bochten van de straalstroom is de windsnelheid kleiner dan de geostrofische windsnelheid doordat de corioliskracht daar kleiner is dan de gradiëntkracht. In de noordelijke bochten is de corioliskracht groter dan de gradiëntkracht waardoor daar de windsnelheid groter is dan de geostrofische windsnelheid. Als de straalstroom in zuidelijke richting beweegt neemt de windsnelheid af, zodat er convergentie in de bovenlucht plaatsvindt. Deze convergentie zorgt ervoor dat de luchtdruk aan de grond toeneemt. Zie ook punt A in figuur 62 en figuur 63 (deze redenering geldt voor het noordelijk halfrond). 90 a De noordoostpassaat is een luchtstroming van de subtropen terug naar de tropen die onderin de atmosfeer plaatsvindt. Deze aanvankelijk zuidelijk gerichte luchtstroom wordt door het corioliseffect naar het westen afgebogen. De noordoostpassaat is genoemd naar de richting waar de wind vandaan komt. Een wind uit het noordoosten is naar het zuidwesten gericht. b Door de opname van veel stralingswarmte bij de evenaar is de lucht uitgezet en is de luchtdruk op grote hoogte groter dan op dezelfde hoogte in meer noordelijke gebieden. De lucht stroomt naar het noorden en wordt daarbij door het corioliseffect naar het oosten afgebogen, zodat de wind die ontstaat richting het noordoosten gaat. c Op de eilanden met bergen worden de wolken gedwongen om op te stijgen. Bij het stijgen koel t de lucht in de wolken verder af waardoor er (nog meer) condensatie optreedt. Een wolk bestaat al uit minuscule waterdruppeltjes en deze fungeren nu als condensatiekernen. De waterdruppeltjes worden zwaarder en vallen als regen naar beneden. 91 a De geostrofische windsnelheid is te berekenen met: v geostrofisch = ( 1 ρ f ) p x. Op zeeniveau is de luchtdichtheid ρ = 1,3 kg/m 3. De coriolisparameter f is te berekenen uit de breedtegraad φ met: f = 1, sin(φ) = 1, sin(56) = 1, rad/s. De afstand tussen de isobaar van 1010 hpa en die van 1020 hpa is 7,5 mm in figuur 89 en de afstand tussen Edinburgh en Reykjavik is 37,5 mm. De afstand tussen de isobaren van 1010 hpa en 1020 hpa is dus 7,5 37, = 270 km. De drukgradiënt is dus p = x De geostrofische windsnelheid is nu: = 3, Pa/m. v geostrofisch = ( 1,3 1, ) 3, = 24 m/s. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 17 van 18

18 b Teken eerst twee raaklijnen aan het cirkelvormige deel van de isobaar van 1010 hpa in Ierland. Teken loodrecht daarop twee lijnen. Het snijpunt van de twee lijnen is het middelpunt M van de cirkel. Trek ter controle met een passer de cirkel. Zie figuur. De straal van de cirkel is 0,38 x de afstand Edinburgh - Reykjavik: r = 0, = 513 = 5, km. c In deze cyclonale stroming is F mpz = F grad F cor ρ v2 = p ρ f v. r x In figuur 89 is de afstand tussen de isobaar van 1005 hpa en die van 1015 hpa in het westen van Ierland 10,0 mm en de afstand tussen Edinburgh en Reykjavik is 37,5 mm. De afstand tussen de isobaren van 1005 hpa en 1015 hpa is dus 10, = 360 km. 37,5 De drukgradiënt is dus p = = 2,78 x Pa/m. De coriolisparameter is f = 1, sin(53) = 1, rad/s. De luchtdichtheid is ρ = 1,3 kg/m 3 en we gebruiken voor de snelheid v = 15 m/s. Dit geeft: 1,3 152 = 2, ,3 1, r = 5, m = 565 km. r De opgemeten straal is 513 km, maar heel moeilijk nauwkeurig te bepalen. ThiemeMeulenhoff bv CONCEPT Pagina 18 van 18